Горіння полімерів і металів

1.

ГОРІННЯ ПОЛІМЕРІВ І МЕТАЛІВ
План лекції
Вступ
1. Загальні поняття та класифікація полімерів.
2. Основні закономірності процесу горіння
пластмас.
2.1. Загальні закономірності горіння
полімерних матеріалів.
2.2. Способи зниження горючості полімерів і
виробів на їх основі.
3. Горіння металів.

2. 1. ЗАГАЛЬНІ ПОНЯТТЯ ТА КЛАСИФІКАЦІЯ ПОЛІМЕРІВ

Полімери - високомолекулярні речовини з
молекулярною масою більше за 5000 а. од., молекули
яких складаються із ланцюгів (мономерів), що багато
разів повторюються.
Пластмаса - матеріал, що складається з полімерів або
їх сумішей з органічними і неорганічними
речовинами, здатний набувати за певних умов
пластичного стану і під впливом деформуючих
навантажень певну форму із збереженням її після
припинення впливу.

3.

До складу пластмас крім полімерів входять:
Наповнювачі - непластичні речовини, яки сприяють
підвищенню механічної міцності, теплостійкості,
зниженню горючості. (пісок, гіпс, оксиди і солі деяких
металів і т.д.)
Пластифікатори - матеріали, що збільшують
пластичність матеріалу і полегшують формування.
Стабілізатори – матеріали, що сприяють збереженню
властивостей пластмас захищають від окислювання, дії
УФ опромінення (уповільнюють старіння).

4.

Полімери, макромолекули яких складаються з
мономеру одного виду, називають
гомополімерами, а з двох і більшого числа
різних мономерів – сополімерами.
Класифікація полімерів
1.за походженням;
2.за складом ланцюга;
3.за структурою макромолекули;
4.за способом отримання;
5.за поведінкою при нагріванні.

5.

За походженням
природні
(целюлоза,крохмаль,
казеїн)
синтетичні
штучні
(полістирол, поліетилен,
поліуретан, поліамід)
(віскоза,
ацетатний шовк)
За складом основного ланцюга
карболанцюгові - основні полімерні ланцюги
побудовані тільки з атомів вуглецю;
гетероланцюгові - основні полімерні ланцюги
містять гетероатоми (кисень, азот, фосфор, сірку і
ін.);
елементоорганічні - основні ланцюги макромолекул
містять такі елементи як силіцій, алюміній, титан,
бор, свинець, олово і інші

6.

За структурою макромолекул
лінійні полімери
A A A A A
розгалужені полімери, які мають в основних ланцюгах
макромолекул бокові відгалуження (–Б), більш короткі,
ніж основний ланцюг
просторові (сітчасті) полімери, в яких довгі лінійні
ланцюги пов'язані один з одним в єдину сітку короткими
поперечними ланцюгами (–Б–)

7.

За способом отримання синтетичних
полімерів
Полімеризація
гомополімеризація
2 n CH2 CH2
етилен
сополімеризація
n CH2
CH2 + CH2
CH
CH2
CH2
CH2
поліетилен
CH2
CH2
CH2
CH2
n
CH
етилен
n
стирол
полістирол

8.

Поліконденсація
гомополіконденсація H
n
N
H
O
(CH2)6 C OH +
N
O
- n H2 O
(CH2)6 C OH
H
H
капронова кислота
H
H
O
H
O
N
(CH2)6 C
N
(CH2)6 C
n
поліамід
OH
гетерополіконденсація
- n H2 O
n H
H
фенол
H
O
H
C
HO
HO
HO
HO
H
H
CH2
H
n
H
формальдегід
фенолформальдегідна смола

9.

За поведінкою при нагріванні
Термопластичні полімери (термопласти). Полімери,
властивості яких зворотно змінюються при
багаторазовому нагріванні і охолоджуванні.
(поліетилен, поліпропілен, полістирол)
мають лінійну структуру, низькою температурою
розм'якшення (80-100оС)
Термореактивні полімери (реапласти). Полімери з
просторовою або розгалуженою структурою, при
термічному впливі їх молекули розкладаються и
властивості змінюються безповоротно (гума,
фенолформальдегідна смола

10. ОСНОВНІ ЗАКОНОМІРНОСТІ ПРОЦЕСУ ГОРІННЯ ПЛАСТМАС

2.1. Загальні закономірності горіння полімерних
матеріалів
Всі полімери відносяться до ТГМ, що газифікуються
Термопласти, отримані полімеризацією, мають лінійну
структуру і відносяться до ТГМ 1-го роду, При
горінні товщина рідкого шару на горизонтальній
поверхні становить 10 - 20 мм, а на вертикальній - 12 мм. В умовах пожежі для даних полімерів
характерні явища розтікання розплаву і
краплепадіння

11.

Термореактивні полімери (реапласти), отриманні
методом поліконденсації, мають розгалужену або
сітчасту структуру, відносяться до ТГМ 2-го роду,
горять в гомогенному і гетерогенному режимі, здатні до
тління. (пінополіуретани, фенопласти, спінені гуми)
Стадії розкладання і горіння полімерів
1. Нагрівання до температури плавлення (розкладання);
2. Деструкція речовини (розрив зв'язків С-Н, С-Наl, С-О,
деполімеризація;
3. Нагрів газоподібних продуктів розкладання і їх
додатковий крекінг;
4. Запалення летючих продуктів розкладання, стадія
гомогенного горіння.
5. У разі утворення залишку вуглецю, гетерогенне
горіння.

12. Відмінні особливості горіння полімерів

1. Через велику молекулярну масу полімери не
випаровуються, а розкладаються, і тому не мають
певних температур кипіння і плавлення.
2. Велика густина задимлення;
3. Режим горіння (гомогенний, гетерогенний)
залежить від структури макромолекули та складу
пластмас;
4. Велика теплотворна здатність, і відповідно, висока
температура горіння;
5.Можливість розтікання та краплепадіння при
горінні термопластів;
6.Висока токсичність продуктів розкладання і
горіння.

13. 2.2. Способи зниження горючості полімерів

1. Захист полімерів за рахунок утворення на поверхні негорючої
склоподібної плівки під дією високої температури на деякі
компоненти пластмас (борна кислота, бура, сполуки фосфору і
інші), яка погіршує підведення окислювача і відведення
продуктів піролізу;
2. Модифікація полімерів реакційноздатними сполуками, які
спричиняють зміну структури полімеру з метою сповільнення
його розкладання і інгібірування полум'яних реакцій (обрив
радикально-ланцюгових реакцій горіння за допомогою
продуктів деструкції);
3. Введення негорючого наповнювача (гіпсу, оксидів деяких
металів, силіцію, різних солей);
4. Введення в композицію антипіренів, які сприяють зміні
механізму реакцій деструкції полімерів і збагаченню газової
фази негорючими речовинами (Н2О, СО2, НСl і ін.).

14. 3. ОСОБЛИВОСТІ ГОРІННЯ МЕТАЛІВ

Горючими є ті метали, які можуть самостійно горіти
на повітрі після впливу джерела запалювання
середньої потужності.
Метали на пожежах можуть горіти суцільною масою
(калій, кальцій, натрій, магній) або у вигляді
ошурок, порошків (алюміній, титан і ін.).
Початковою стадією горіння металу є утворенням
поверхневої оксидної плівки.
Характер утвореної плівки (рихла або щільна)
визначає подальший характер горіння

15.

Характер горіння металів залежить від
співвідношення Т кипіння металу і Т плавлення і
властивостей його оксиду. За співвідношенням цих
температур метали поділяють на дві групи:
летючі
Ткип Ме < Тпл Оксиду Ме
нелетючі Ткип Ме > Тпл Оксиду Ме
метал
Li
Na
метал
Al
Ti
Летючі метали
Ткип, К Оксид Ме
1620
Li2O
1156
Na2O
Нелетючі метали
Ткип, К Оксид Ме
2679
Al2О3
3550
TiО2
Тпл, К
1700
1190
Тпл, К
2418
2138

16.

Горіння летючих металів
Окисна плівка є пористою не ізолює поверхню
металу від окислення і виходу парів металу на
поверхню.
При дії ДЗ на поверхню Ме оксидна плівка
залишається твердою а Ме під оксидною плівкою
плавиться і переходить в рідкий стан.
Пара Ме дифундує крізь пористу оксидну плівку у
повітря, і по досягненні НКМПП займається,
встановлюється гомогенне горіння.
Утворення білого щільного диму є візуальною
ознакою горіння летючих металів

17.

Горіння нелетючих металів
На поверхні Ме утворюється щільна оксидна
плівка, яка ускладнює подальше окислення.
При дії ДЗ Ме плавитися, але концентрація парів
металу в повітрі менше, ніж НКМПП. Подальше
нагрівання призводить до розплавлення оксидної
плівки в розплаві металу. На поверхню виходить
нагрітий до високої температури метал, який
починає горіти на межі розділу фаз.
Горіння відбувається в гетерогенному режимі.
Ткип таких металів більша, ніж їх Тгор.

18.

особливості горіння металів
1. Режим горіння залежить від властивостей окисної плівки
2. Горіння може відбуватися в середовищі продуктів горіння
органічних речовин:
Na + H2O = NaOH + 0,5 H2
2Na + CO2 = Na2O + CO
3. Метали горять з виділенням великої кількості енергії і
випромінюванням. Температура їх горіння 2500 - 3500 К.
У зв'язку з цим
ЗАБОРОНЕНО ГАСІННЯ МЕТАЛІВ:
а) ВОДОЮ внаслідок її розкладання на водень і кисень;
H2O = H2 + 0,5O2
б) CO2 розкладається на вуглець і кисень.
CO2 = С + O2
в) АЗОТОМ взаємодіє з металом з утворенням нітридів металів.
Li3N, K3N, Na3N, Mg3N2

19.

Завдання на самопідготовку:
1. Демидов, Шандыба, Щеглов - Горение и
свойства горючих веществ. С. 148-156;
2. Демидов, Саушев - Горение и свойства
горючих веществ. С. 225-232;
3. Підготуватися до лаб. роботи №8